Feuchtigkeitsgehalt vs. Wasseraktivität: Die Wahl der richtigen Messung

Feuchtigkeitsgehalt 101: Was ist der Feuchtigkeitsgehalt und wie wird er verwendet?

Wasser ist überall. In der Nahrung, die wir zu uns nehmen, in der Luft, die wir atmen, und in den Gegenständen um uns herum - und es beeinflusst maßgeblich die physikalischen Eigenschaften all dieser Dinge. Es ist kein Wunder, dass Arbeiter, vom Schreiner bis zum Erdölwissenschaftler, wissen wollen: Wie viel Wasser ist in diesem Material enthalten?

Es ist eine einfache Frage. Es scheint, als sollte es eine einfache Lösung geben. Leider ist es sehr schwierig, eine klare und präzise Antwort zu bekommen.

Die größte Herausforderung (obwohl es viele gibt) besteht darin, nur die Feuchtigkeit zu messen und den Rest des Materials zu ignorieren. Wenn Wasser erst einmal in ein Material eingedrungen ist, lässt es sich oft nicht mehr so leicht wieder herausholen - was das Entfernen und Messen erschwert. Andere Methoden, wie z. B. die Messung der Feuchtigkeit, ohne sie aus dem Material zu entfernen, bringen eine Reihe weiterer Herausforderungen mit sich.

Welche Messmethode Sie verwenden, hängt von zwei Faktoren ab: wie genau Sie sein müssen und welche Kompromisse Sie bereit sind einzugehen.

• Wenn Sie ein Erdölwissenschaftler sind, der winzige Wassermengen in Öl oder Kunststoff untersucht, sind Sie vielleicht bereit, die für die Titration erforderlichen Stunden (und Euros) zu investieren.
• Wenn Sie als Tischler oder Bauunternehmer vor Ort entscheiden wollen, ob ein Stück Holz geeignet ist, sind Sie vielleicht bereit, die Präzision eines Labors gegen die Einfachheit eines schnellen Handgeräts einzutauschen, das den Feuchtigkeitsgehalt annähernd ermittelt.
• Wenn Sie in der Lebensmittel- oder Cannabisproduktion arbeiten, möchten Sie vielleicht etwas dazwischen, wie z. B. eine verlustbehaftete Trocknung - eine relativ hochpräzise Messung in einer angemessenen Zeitspanne.

Die oben genannten Beispiele sind bei weitem nicht alle Verwendungszwecke für die Messung des Feuchtigkeitsgehalts, aber die Kompromisse sind in allen Branchen ähnlich. Unabhängig davon, welche Methode Sie wählen, sollten Sie sich vor den vielen Missverständnissen darüber hüten, was der Feuchtigkeitsgehalt aussagen kann und was nicht. Eine einfache Regel, die Sie sich merken sollten, ist, dass der Feuchtigkeitsgehalt eine "Mengenmessung" ist.

Der Feuchtigkeitsgehalt ist zum Beispiel ein wertvolles Maß für den Ertrag. Viele Produkte werden nach Gewicht verkauft. Da Wasser ein so preiswerter (und schwerer) Bestandteil ist, kann die Messung und Verwaltung des Feuchtigkeitsgehalts einen großen Einfluss auf den Gewinn haben.

Der Feuchtigkeitsgehalt gibt auch Aufschluss über die Textur, da ein höherer Feuchtigkeitsgehalt die Beweglichkeit erhöht und die Glasübergangstemperatur senkt.

Was sagt Ihnen der Feuchtigkeitsgehalt nicht? Wenig über "Qualitäts"-Kennzahlen wie Konsistenz, mikrobielle Sicherheit, Feuchtigkeitsmigration und Nährstoffverfall. Diese Schlüsselfaktoren überlässt man besser einer anderen Messung - der Wasseraktivität.

Die bloße Menge an Wasser in einer Substanz vermittelt kein vollständiges Bild der Auswirkungen, die das Wasser auf das Produkt haben wird. Darin liegen die Stärken der Wasseraktivität.

Aus der Nähe betrachtet, kann die Wasseraktivität ein sehr komplexes Konzept sein. Glücklicherweise müssen Sie nicht die Thermodynamik und die obskuren Gleichungen kennen, die beweisen, wie sie funktioniert. Die folgenden Grundprinzipien sind für die meisten Menschen ausreichend.

1. Die Wasseraktivität misst, wie energiereich und verfügbar Wasser ist. Manche Stoffe enthalten viel Wasser, aber das Wasser ist durch molekulare Bindungen an seinem Platz eingeschlossen. Dadurch ist es weniger in der Lage, auszusickern oder mit der Umwelt zu interagieren - wir würden dies als geringe Wasseraktivität bezeichnen, obwohl sehr viel Wasser vorhanden sein kann. Auch der umgekehrte Fall kann eintreten: Manche Materialien enthalten sehr wenig Wasser, das aber sehr gut zugänglich ist.
2. Wasser will ein Gleichgewicht. Wenn Sie einen weichen Keks in einem trockenen Klima draußen liegen lassen, zieht die Atmosphäre mit geringer Wasseraktivität die Feuchtigkeit aus dem Keks mit hoher Wasseraktivität - und versucht so, ein Gleichgewicht herzustellen. Andererseits werden zwei Materialien mit der gleichen Wasseraktivität - z. B. ein Kuchen und der Zuckerguss, der ihn überzieht - keine Feuchtigkeit miteinander austauschen. Anhand der Wasseraktivität kann man erkennen, in welche Richtung sich das Wasser bewegen möchte.
3. Das Energieniveau des Wassers ist ein Faktor für viele wertvolle Vorhersagen. Zum Beispiel, welche Mikroorganismen auf einer Substanz wachsen werden, wie sich ihre Beschaffenheit mit der Zeit verändert, wann sie sich zersetzt, wie sie mit anderen Substanzen reagiert und vieles mehr.

Welche sollten Sie verwenden?

Es kommt darauf an, was Sie erreichen wollen. Keine der beiden Messungen ist einfach besser als die andere. Sie messen sehr unterschiedliche Konzepte, und jedes bietet große Vorteile in unterschiedlichen Umgebungen.

Wenn Sie versuchen, das richtige Produktgewicht zu ermitteln, um den Gewinn zu maximieren, sollten Sie sich für den Feuchtigkeitsgehalt entscheiden. Wenn es darum geht, dass ein Snack monatelang knusprig bleibt oder wie man Gelee in einen Snackkuchen gibt, ohne dass der Kuchen matschig wird, sollte man die Wasseraktivität bestimmen.

Einen tieferen Einblick in die Wissenschaft hinter diesen beiden Messungen erhalten Sie in unserer Wissensdatenbank ->

Da sich der Feuchtigkeitsgehalt auf die Textur auswirkt, behaupten manche, dass dies die einzige Messung ist, die erforderlich ist, um sowohl die Menge als auch die Qualität zu überwachen. Diejenigen, die diesen Ansatz ausprobieren, lernen jedoch bald, dass es ineffizient und fast unmöglich ist, mikrobielles Wachstum und andere qualitätsrelevante Probleme nur über den Feuchtigkeitsgehalt zu steuern.

Feuchtigkeits-Sorptions-Isothermen: Wie Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität zusammenwirken

Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt sind getrennt voneinander wertvoll, aber die Verknüpfung der beiden kann genau aufzeigen, wie man eine lange Liste von Rätseln im Zusammenhang mit Feuchtigkeit lösen kann.

Feuchtigkeits-Isothermen werden auch als "Feuchtigkeitskarten" bezeichnet und zeigen, wie sich der Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität bei der Adsorption und Desorption von Feuchtigkeit aus einem Material mit konstanter Temperatur verändern.

Einfacher ausgedrückt: Eine Isotherme zeigt Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts und der Wasseraktivität in derselben Grafik an.